DE2845989A1

DE2845989A1 - Vorrichtung zum bestimmen der einfallsrichtung von elektromagnetischen wellen, insbesondere von radarimpulsen

Info

Publication number: DE2845989A1
Application number: DE19782845989
Authority: DE
Inventors: Arne Toerby
Original assignee: Saab Scania AB
Current assignee: Saab AB
Priority date: 1977-10-25
Filing date: 1978-10-23
Publication date: 1979-04-26
Also published as: NO145255C; FR2407486B1; DK150556B; NO145255B; GB2007065B; GB2007065A; DE2845989C2; DK150556C; FR2407486A1; JPS54102849A; DK471578A; NO783602L; SE7711967L; SE411596B

Description

quelle erzeugten Signale so verarbeitet werden, daß eine zugehörige Anzeige den Einfallswinkel zwischen der Sichtlinie und der Projektion einer Linie durch Antennengruppe und Strahlungsquelle auf die Bezugsebene angibt.

Wenn eine pulsierende elektromagnetische Strahlung, beispielsweise eines Monopuls-Radars, von irgendeinem Antennenelementenpaar aufgefangen wird, können sich die absolute Phase und Amplitude des empfangenen Signals in Abhängigkeit von Faktoren ändern, die sowohl den Sender als auch die Strahlung auf dem Übertragungsweg vom Sender zum Empfänger beeinflussen. Die Signale, die die aufgefangene Strahlung an den zwei Elementen eines Antennenpaares verursacht, haben jedoch eine Phasen- und Amplituden-Relation, die nur von dem Einfallswinkel der Strahlung an den Antennenelementen abhängt. Daher kann man die Richtung zur Strahlungsquelle aus der Relation der Signale an den Antennenelementen bestimmen.

Bei bisher bekannten Empfängern mit einer Antennenelement engruppe war es bisher nicht möglich, einen einzigen eindeutigen Wert für den Einfallswinkel zu finden; vielmehr fand man innerhalb der Ansprechkeule der Antennengruppe eine Mehrzahl von potentiellen

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Winkelwerten. Da die Ansprechkeulen relativ "breit gemacht wurden, um eine möglichst große Zone zu überdecken, waren solche Empfangsanlagen ungeeignet, bei der Richtungsbestimmung zu einem Sender eindeutige Ergebnisse zu liefern.

Für eine sehr genaue Richtungsbestimmung zwischen einer Antennengruppe und einem die von der Antennengruppe aufgefangene Strahlung erzeugenden Sender muß die Ansprech- oder Empfindlichkeitskeule der Antennengruppe relativ schmal sein. Um die Präzision von Richtungsbestimmungen zu verbessern, hat man bereits verschiedenste Vorschläge zur Verschmälerung der Empfindlichkeitskeule der Antennengruppe gemacht. Gemäß einem dieser Vorschläge sollen geometrisch breit ausladende Antennengruppen verwendet werden. Ein anderer Vorschlag lag darin, zusätzliche, die seitlichen Empfindlichkeitskeulen der Antennengruppe unterdrückende Antennenelemente zu verwenden. Dies hat jedoch keinen Einfluß auf die Breite der Hauptkeule und bringt somit kaum einen Nutzen bezüglich der Erzeilung der erwünschten Präzision. Auf alle Fälle sind Antennengruppen mit einer scharf gebündelten und schmalen Empfindlichkeitszone für eine Richtungsbestimmung zu einer Strahlungsquelle ungeeignet, da unter anderem eine solche Antennengruppe zu einem bestimmten Augenblick nur auf Sendungen ansprechen kann, 909817/0955

die aus dem Bereich der relativ schmalen Empfindlichkeitskeule kommen, so daß Signale einer Strahlungsquelle, die außerhalb der Keule liegt, nicht empfangen werden können und unerfaßt bleiben.

Was man bisher stets wünschte aber noch nicht praktizieren konnte, ist eine Antennengruppe mit einer breiten Empfindlichkeitskeule zum Suchen und Erfassen von zu ortenden Signalquellen, die man jedoch für die genaue Ortung einer Strahlungsquelle, nachdem sie zunächst einmal etwa richtungsmäßig erfaßt ist, mehr oder weniger momentan so ändern oder modifizieren kann, daß sich eine scharfe gebündelte, schmale Empfindlichkeitskeule ergibt. Verständlicherweise ist eine schnelle Änderung der Konstruktion einer Antennengruppe keine realistische Möglichkeit. Aber selbst wenn dies möglich wäre, bliebe hierdurch doch noch immer das Problem der Mehrdeutigkeit in den empfangenen Signalen bestehen.

Ausgehend von diesen Überlegungen liegt die Hauptaufgabe der Erfindung in der Schaffung einer Vorrichtung der einleitend genannten Art, bei der eine Antennengruppe im Bereich einer relativ breiten Empfindlichkeitskeule Signale empfangen und an eine Signalverarbeitungsschaltung weiterleiten kann, welche eine eindeutige Richtungsbestimmung aufgrund der von der Antennengruppe

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empfangenen Signale ermöglicht, wobei das praktische Äquivalent der Empfindlichkeitskeulenverschmälerung erreicht wird, ohne die Antennengruppe selbst zu verändern, so daß nachdem zunächst einmal die generelle Richtung einer Strahlungsquelle innerhalb der breiten Empfindlichkeitskeule der Antennengruppe festgestellt worden ist, eine genaue Festlegung der Richtung zu dieser Strahlungsquelle sehr schnell und leicht durchgeführt werden kann. Bei der Richtungsbestimmung handelt es sich beispielsweise um die Erfassung der Relativrichtung zwischen der Antennengruppe und der die elektromagnetischen Wellen aussendenden Strahlungsquelle.

Vorzugsweise soll in Verbindung mit vorstehender Aufgabe eine Möglichkeit geschaffen werden, jeweils nach einer von zwei auswählbaren und im wesentlichen momentan umschaltbaren Betriebsarten zu arbeiten, wobei gemäß der einen Betriebsart für eine breitkeulige

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Antennengruppenempfindlichkeit und für die andere Betriebsart für eine erhebliche Verschmälerung der Empfindlichkeitskeule gesorgt wird, um sehr genau die Einfallsrichtung zu bestimmen. Hierbei sollten die Antennenelemente einer Antennengruppe in fester Relativlage zueinander bleiben, da die Signalverarbeitungsschaltung für die gewünschte Verschmälerung oder Verbreiterung der Empfindlichkeitskeule der Antennengruppe sorgt.

Die vorstehende Aufgabe wird mit den im einleitenden Hauptanspruch angegebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung geben die Unteransprüche an.

Es soll nun anhand der nachfolgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen die Erfindung des näheren beschrieben werden. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß Änderungen gegenüber den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen im Rahmen der vorstehenden Patentansprüche möglich sind.

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In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Antennenelemente einer erfindungsgemäß ausgebildeten Antennengruppe,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Antennengruppe der Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Antennengruppe der Fig. 1 ,

Fig. 4 ein Rechteckdiagramm einer symmetrisch ausgebildeten Signalverarbeitungsschaltung mit erfindungsgemäß ausgebildetem Empfänger,

Fig. 5 ein der Fig. 4 ähnliches Rechteckdiagramm

einer abgewandelten und geringfügig vereinfachten Ausführungsform und

Fig. 6 Diagramme von Signalamplituden an bestimmten ^un ' Punkten der Schaltungen gemäß Fig. 4 und 5 in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der von der Antennengruppe gemäß Fig. 1 bis 3 aufgefangenen Strahlung.

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Die in den Zeichnungen dargestellte Antennengruppe besteht aus logarithmisch-periodischen Endfire-Antennenelementen 1, 2, 3 und 4, die als Spiralconen ausgebildet sind. Die Antennenelemente haben eine feste Relativlage und sind paarweise angeordnet. Die Elemente und 2 bilden ein erstes Paar und die Elemente 3 und 4 ein zweites Paar. Die zwei Antennenelemente eines jeden Paares konvergieren in Vorwärtsrichtung zueinander, wie es vor allem die Fig. 3 erkennen läßt. Die Konvergenz bezweckt, die Antennenelementenpaare in an sich bekannter Weise frequenzunabhängig zu machen. Diese Frequenzunabhängigkeit ergibt sich dadurch, daß bezogen auf die Wellenlänge der aufgefangenen Strahlung der Abstand zwischen den Phasenmitten der Elemente konstant ist. Die zwei Antennenelementenpaare liegen symmetrisch zu einer Bezugsebene 5, die daher gegenüber den zwei Antennenelementenpaaren eine äquidistante Lage hat und eine Symmetrielinie 6 enthält, die ebenfalls zu den zwei Elementen eines jeden Antennenpaares äquidistant verläuft. Die Antennenelemente 1 bis 4 haben somit eine feste Relativlage gegenüber der Bezugsebene 5 und gegenüber einer Ebene 7, die senkrecht auf der Bezugsebene 5 steht und senkrecht zur Symmetrielinie 6 verläuft.

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Gemäß der vorliegenden Erfindung hat der Konvergenzwinkel b zwischen den zwei Antennenelementen 1,2 eine andere Größe als der Konvergenzwinkel a zwischen den zwei Antennenelementen 3 und 4 des anderen Paares. So ist der Konvergenzwinkel a zwischen den Antennenelementen 3 und 4 größer als der Konvergenzwinkel b zwischen den Antennenelementen 1 und 2, wobei der Winkel a weniger als dem doppelten des Winkels b und vorzugsweise dem 1,5-fachen des Winkels b ertepricht. Diese spezielle Größenrelation der Konvergenzwinkel ergab sich empirisch bei dem Versuch einer Optimierung der Unterdrückung der seitlichen Empfindlichkeitskeulen.

Ein weiteres besonderes Merkmal der erfindungsgemäßen Antennengruppe liegt darin, daß die Winkelhalbierenden 10 und 11 der entsprechenden Konvergenzwinkel a und b die Symmetrielinie 6 in einem Punkt 12 schneiden, welcher auch im Unendlichen liegen kann, und daß die Ebenen 8 und durch die Antennenelementenpaare 1, 2 bzw. 3, 4 die Bezugsebene 5 entlang einer Linie 13 schneiden, die sich etwa rechtwinklig zur Symmetrielinie 6 erstreckt und

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verständlicherweise durch den Punkt 12 hindurchführt. Aufgrund dieser Relationen zielen die zwei Paare von Antennenelementen 1, 2 und 3, 4 beide in die gleiche Richtung, wobei sie so ausgerichtet sind, daß die Punkte, an denen die verschiedenen Antennenelemente die Ebene 7 schneiden, an den Ecken eines regelmäßigen Trapezes zu liegen kommen. Es besteht daher eine vollständige Symmetrie in der Antennengruppe, wodurch die nachfolgende Signalverarbeitung erleichtert wird.

In Fig. 1 der Zeichnungen ist der Ort eines Senders mit dem Bezugszeichen 14 gekennzeichnet. Es ist davon ausgegangen, daß die vom Sender 14 kommende elektromagnetische Strahlung, bei der es sich um Radarimpulse oder dergl. handeln kann, von der Antennengruppe aufgefangen wird. Die Sichtlinie 15 zwischen dem Sender 14 und der Antennengruppe definiert mit ihrer Projektion 16 auf die Bezugsebene 5 zusammen mit der Symmetrielinie 6 einen Winkel V. Die Funktion des erfindungsgemäßen Gerätes soll nun darin liegen, die Größe des Winkels V eindeutig und genau zu bestimmen. Den Wert des Winkels V benötigt man verständlicherweise für die Ortsbestimmung des Senders

An dieser Stelle der Beschreibung sei darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäß ausgebildete Antennengruppe auch

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andersartige Antennenelemente und nicht nur die konischen Spiralelemente enthalten kann. So ist es beispielsweise möglich, sogenannte Dipolantennengruppen zu verwenden, deren Ε-Ebene bezüglich der Ebenen 8 und 9 so ausgerichtet ist, daß es zu einer Polarisation der aufgenommenen Strahlung kommt.

Fig. 4 erläutert den Aufbau eines Empfängers für Antennenelemente 1, 2, 3, 4 gemäß dem vorstehend beschriebenen Antennengruppenaufbau. Das Antennenelementenpaar 1, 2 ist an einen 90°-Hybrid-Rechner 17 angeschlossen, dessen Ausgangsleitungen die Bezugszeichen 18 und 19 tragen. Die Hybrid-Rechner-Ausgangsleitung 18 führt zu einem Detektor 20 mit einem in Reihe geschalteten logarithmischen Verstärker 21. In ähnlicher Weise sind mit der Ausgangsleitung 19 des Hybrid-Rechners ein Detektor 22 in Reihenschaltung mit einem logarithmischen Verstärker 23 verbunden.

Die Aufgabe des 90°-Hybrid-Rechners 17 liegt darin, die Phasendifferenz zwischen den Signalen an den Antennenelementen 1 und 2 in eine entsprechende Amplitudendifferenz zwischen den Ausgangssignalen des Hybrid-Rechners in den Ausgangsleitungen 18 und 19 umzuwandeln. Mit Hilfe des Detektors 20 und des logarithmischen Verstärkers 21 wird

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ein Signal C^ gewonnen, welches sich in sich bekannter Weise ändert mit dem in der Bezugsebene 5 gemessenen Winkel, unter dem die empfangene Strahlung eines der Antennenelemente 1 oder 2 schneidet.

In analoger Weise erzeugen der Detektor 22 und der logarithmische Verstärker 23 aus dem Signal an der Ausgangsleitung 19 des Hybrid-Rechners 17 ein Signal S^, welches sich in Abhängigkeit von dem Winkel ändert, unter* dem die empfangene Strahlung das andere Element des Antennenelementenpaares 1, 2 schneidet. An die Ausgänge der beiden logarithmischen Verstärker 21 und 23 ist ein Differenzbildner 24 angeschlossen, welcher entsprechend der Größe C^ minus S^ ein Differenzsignal L^ erzeugt. Die Größe des Differenzsignals L^ hängt ab von dem Winkel V zwischen der Symmetrielinie 6 und der Projektion 16 der geraden Linie 15 durch die Antennengruppe und den Sender 14 auf die Bezugsebene. Auch ist die Größe des Differenzsignals L^ eine Funktion des Konvergenzwinkels b zwischen den Antennenelementen 1 und 2; das Differenzsignal ist jedoch unabhängig von der Stärke der empfangenen elektromagnetischen Strahlungen.

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In ähnlicher Weise wie bei den Antennenelementen 1 , 2 ist auch das Antennenelementenpaar 3, 4 mit einem anderen 90°-Hybrid-Rechner 25 verbunden« Eine Ausgangsleitung des Rechners 25 führt über einen Detektor 26 zu einem in Reihe geschalteten logarithmischen Verstärker 28. Die andere Ausgangsleitung des Rechners 25 führt über den Detektor 27 zu dem in Reihe geschalteten logarithmischen Verstärker 29. Das Ausgangssignal C₂ des logarithmischen Verstärkers 28 und das Ausgangssignal S₂ des logarithmischen Verstärkers 29 gelangen an die Eingangsklemmen eines Differenzbildners 30, dessen Ausgangssignal L₂ der Größe C₂ minus So entspricht. Das Signal L₂ hat eine Größe, die von dem jeweils vorhandenen Winkel V abhängt, aber auch eine Funktion des Konvergenz-Winkels a zwischen den Antennenelementen 3 und 4 ist.

Die Kurvendarstellung der Fig. 6 zeigt, wie sich die Signale Cj, S^, C₂ und S₂ in ihrer Größe als Funktion des Winkels V ändern. Erkennbar verlaufen die Signale C₁ und S.J spiegelbildlich zur Ordinatenachse, die der Symmetrie linie 6 entspricht. Auch die Signale C2 und S₂ verlaufen spiegelbildlich zur vorgenannten Achse. Es ist also wiederum festzustellen, daß eine vollständige Symmetrie bezüglich der Ausgänge eines jeden Antennenelementenpaares besteht.

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Mit Hilfe eines Differenzbildners 31, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Differenzbildner 24 und 30 verbunden sind, entsteht ein drittes Differenzsignal L^, welches gleich dem Wert L₂ minus L-] ist.

Die Kurvendarstellung gemäß Fig. 7 läßt erkennen, wie sich die Größen der einzelnen Differenzsignale L-] , L2 und L^ als Funktion des Winkels V ändern, wobei jedoch nur die positiven Werte von V berücksichtigt sind. Positive Werte von V sind verständlicherweise die Werte, die an einer willkürlich gewählten Seite der Symmetrielinie 6 zu erfassen sind. Die zugehörigen negativen Werte liegen dann auf der anderen Seite dieser Linie. Für negative Werte von V verlaufen die Signale L^ , L2 und L^ symmetrisch zu den dargestellten positiven Werten, wobei dann die Horizontalachse als Spiegelungsebene zu betrachten ist. Es ist erkennbar, daß, wie auch die Differenzsignale L^ und L₂ , die Größe des Differenzsignals L^ von der Größe des Winkels V abhängig ist. Hierbei ist jedoch das Änderungsschema von L3 gegenüber dem Winkel V unterschiedlich gegenüber dem Schema der Werte L^ und L2. Während die Kurven bezüglich der Änderungen von L^ und L₂ gegenüber dem Winkel V im wesentlichen ähnliche Charaktere zeigen, unterscheiden sie sich erheblich bezüglich ihrer absoluten Werte. So ist aus Fig. 7 erkennbar, daß nahezu jeder willkürlich gewählte

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positive Wert von L,, oder Lo zwei stark unterschiedlichen Werten von V entspricht, da fast jede Linie, die man parallel oberhalb der Achsenlinie O-V zieht, die Kurven von L-j und L₂ an zwei Punkten schneidet.

Um jetzt eine eindeutige Angabe des Wertes für den Winkel V aus einer vorgegebenen Gruppe von Differenzsignalen L^, Lg und h-x zu erhalten, ist der erfindungsgemäß ausgebildete Empfänger mit einer Signalverarbeitungsschaltung 32 versehen, zu der Komparatoren 33, 34, 35, ein Bezugswertgenerator 36, ein mit den Komparatoren verbundener Logikkreis 38 und zwei Torkreise 39, 43 gehören. Die letzterwähnten Torkreise sind so an den Logikkreis angeschlossen und geschaltet, daß unter bestimmten Bedingungen das eine oder das andere Differenz signal L^ oder Lp zu einer Anzeigevorrichtung 41 weitergeleitet wird.

Die dargestellte Komparatorschaltung besteht aus drei Komparatoren 33, 34, 35, von denen jeder zwei Eingangsklemmen aufweist. Eine Eingangsklemme eines jeden Komparators ist mit der Ausgangsklemme des Bezugswertgenerators 36 verbunden. Die andere Eingangsklemme des Komparators 33 ist mit dem Ausgang des Differenzbildners 24 verbunden, so daß dort das Signal L^ eintrifft. In ähnlicher Weise ist die andere

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Eingangsklemme des !Comparators 34 mit dem Ausgang des Dxfferenzbildners 30 verbunden, so daß dort das Signal 1<2 empfangen werden kann. Schließlich, ist die andere Eingangsklemme des !Comparators 35 mit dem Ausgang des Differenzbildners 31 verbunden, so daß dort das Signal L^ anliegen kann. Die Größe des Bezugswertsignals des Bezugswertgenerators 36 ist einstellbar mit Hilfe einer manuell oder automatisch bedienbaren Einstellvorrichtung 37. In den Komparatoren 33, 34, 35 werden die Signale L-j, Ι·2, L^ mit dem entsprechend eingestellten Bezugswert des Bezugswertgenerators verglichen. Den Bezugswert kann man auf Null einstellen, um eine vollständige Symmetrie zu erhalten.

Aus Fig. 7 ist erkennbar, daß eine eindeutige Angabe der Größe des Winkels V basieren kann auf der Größe des Differenzsignals L] in dem für positive Werte von V aufgetragenen Teil der Kurve von Lj, in der die Größe von L^ kleiner ist als die von Lp ; dies entspricht dem Bereich von positiven Werten von V, für die L·^ positiv ist. In entsprechender V/eise kann man, wenn das L^-Signal eine negative Größe hat, einen eindeutigen Wert von V erhalten innerhalb des Bereiches der negativen Werte von V, für die L-, negativ ist.

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Es ist erkennbar, daß ein einfacher Vergleich zwischen der Größe des Differenzsignals L^ und der Größe des Differenzsignals L₂ die Vorzeichenunklarheit für die Größe des Winkels V noch nicht beseitigt. Es ist aber aus Fig. 7 erkennbar, daß innerhalb des beschränkten Bereiches von positiven Winkeln von V zwischen Null und V>, alle drei Differenzsignale L^, L₂ und L^ positive Werte haben. Die erfindungsgemäße Schaltung nimmt ein Differenzsignal L-j zur Bestimmung des Winkels V nur dann an, wenn dieses Signal innerhalb des beschränkten 0-V-]-Bereiches liegt. Wenn die Schaltung in dieser Weise vorgeht, verursacht sie eine wesentliche Verschmälerung der Empfindlichkeitskeule und eine Seitenkeulenunterdruckung, ohne dabei auch real die Empfindlichkeitskeule der Antennengruppe zu verändern. Damit ein Signal L-j einen Wert von V innerhalb des vorerwähnten Bereiches kennzeichnen kann, ist es somit erforderlich, daß auch die Größen der zugehörigen Signale L₂ und L-* an der gleichen Seite der Nullsignalgrößenlinie liegen, wie die Größe des Signals L^ .

Die Komparatoren 33, 34, 35 überprüfen zusammen mit dem Bezugswertgenerator 36, ob die Differenzsignale L-j, L₂ und L, die vorerwähnte Bedingung erfüllen. Ist die Bedingung erfüllt, sorgt der Logikkreis 38 zusammen mit dem Torkreis

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dafür, daß das Signal L- zur Anzeigevorrichtung 41 weitergegeben wird. Zum Zwecke einer solchen Überprüfung liefert jeder der Komparatoren 33, 34, 35 ein binäres Ausgangssignal, welches entweder einer "1" oder einer "0" entspricht, je nachdem, ob das de'n entsprechenden Komparator zugeführte Signal L^, !,£ oder L-^ größer oder kleiner ist als das Bezugswertsignal, das ebenfalls diesem Komparator zugeführt wurde. Zur Bestimmung des Winkels V auf der Grundlage eines empfangenen Signals L^ wird der Bezugswertgenerator 36 mit Hilfe seiner Verstellvorrichtung 37 so eingestellt, daß sein Ausgangssignal einen Wert erhält, der der Nullgröße der Differenzsignale entspricht. Wenn das Differenzsignal L,, in einem solchen Fall positiv ist und einem Wert des Winkels V innerhalb des 0-V^-Bereiches entspricht, ergeben sich als Ausgang an allen Komparatoren gleichartige Signale, z. B. je eine "1". Wenn das Differenzsignal L^ eine negative Größe hat und einem Wert von V in dem zugehörigen negativen 0-V^- Bereich entspricht, ergeben sich an allen Komparatoren entgegengesetzte aber untereinander gleiche Ausgänge, beispielsweise je eine "0". Wenn der durch die vorhandenen Signale L^, L₂ und Lr* gekennzeichnete Wert von V außerhalb des 0-V-]-Bereiches liegt, weicht der Ausgang einer der Komparatoren 33, 34, 35 in seiner Art erheblich von den Ausgängen der beiden anderen Komparatoren ab.

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Der Logikkreis 38 ist so ausgebildet und so mit dem analogen Torkreis 39 verbunden, daß dieser Torkreis dann und nur dann öffnet, wenn der Logikkreis 38 aus den Komparatoren 33, 34-, 35 drei gleichartige Ausgänge empfängt. Sofern der Analog-Torkreis 39 geöffnet ist, kann das Signal L^ vom Differenzbildner 24 bis zur Anzeigevorrichtung 41 durchlaufen und dort eine eindeutige Angabe über den vorhandenen Wert des Winkels V machen.

Handelt es sich um RadarimpulsStrahlungen, die die Antennengruppe 1-4 in sehr kurzen Impulsen erreichen, würden die Signale vom Differenzbildner 24, wenn sie unmittelbar zur Anzeigevorrichtung 41 weitergegeben würden, eine so kurze Dauer erhalten, daß man die Werte nicht ordnungsgemäß ablesen kann. Auch wäre es möglich, daß solch ein kurzes Signal nicht durch den Analog-Torkreis 39 innerhalb der Zeit hindurchlaufen könnte, in der dieser Torkreis geöffnet wird. Aus vorstehenden Gründen wird das Differenzsignal L^ aus dem Differenzbildner 24 dem Torkreis 39 über einen Pulsdehner 40 zugeführt.

Wie die Fig. 7 erkennen läßt, ist die Größenänderung von L-j für eine vorgegebene Größenänderung von V relativ klein. Hieraus folgt, daß wegen der Zonenbreite des Winkelbereiches

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O-V^ mit Hilfe des L^-Signals gewonnene Winkelwerte für viele Anwendungszwecke nicht mehr genau genug sind. Sobald aber einmal ein angenährter Wert für den Winkel V erzielt worden ist aufgrund des Differenzsignals L^_t kann man eine genauere Winkelwertablesung erhalten aus dem Signal L£, welches steiler verläuft, d. h. sich stärker in Abhängigkeit von Änderungen des Wertes V ändert. Solche genaueren Ablesungen ergeben sich aber nur in einem schmäleren Bereich von V-Werten; ein Gewinn von Anzeigen aufgrund des Signals I>2 stellt somit ein Äquivalent zu einer noch weiteren Verschmälerung der Empfindlichkeitskeule dar.

Damit man das Differenzsignal L₂ für solche exakteren Ablesungen verwenden kann, wird der Bezugswertgenerator 36 mit Hilfe seiner Verstellvorrichtung 37 so eingestellt, daß das Bezugswertsignal eine von Null verschiedene Größe erhält. Falls man festgestellt hat, daß der V-Wert innerhalb des positiven 0-V.,-Bereiches liegt, wird das Bezugswertsignal über positive Größen nach oben verstellt. Falls der Winkel V negativ ist, regelt man das Bezugswertsignal über negative Werte weiter nach unten. Der Zweck einer solchen Verstellung liegt darin, jetzt einen weiteren Vergleich vorzunehmen, und zwar zwischen dem Absolutwert des Differenzsignals L₂ und dem Absolutwert des Bezugswertsignals. Ein solcher Vergleich erfolgt

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mit dem Komparator 34, welcher einen Ausgang (beispielsweise eine binäre "1") immer dann zum Logikkreis 38 weitergibt, wenn der Absolutwert des Bezugssignals den Absolutwert des vorhandenen Signals Lp übersteigt. Der Logikkreis ist ferner auch unmittelbar mit dem Bezugswertgenerator 36 verbunden und dabei so angeschlossen, daß er einen Freigabeausgangsimpuls zum zweiten Analogtorkreis weitergeben kann, sofern die zweifache Bedingung erfüllt ist, daß das Bezugswertsignal vom Generator 36 einem von Null verschiedenen Wert entspricht und daß von dem Komparator 34 ein Ausgang empfangen wird. Das Signal L£ gelangt vom Differenzbildner 30 über einen weiteren Pulsdehner 42 zum zweiten Analog-Torkreis 43 und dann wie vorstehend erwähnt zur Anzeigevorrichtung 41.

Da man mit dem Bezugssxgnalgenerator 36 sowohl positive als auch negative Bezugswerte erzeugen kann und der Komparator 34 auf eine Differenz von Absolutwerten, beispielsweise von Bezugswertsignal und Signal L£, anspricht, arbeitet die erfindungsgemäße Signalverarbeitungsschaltung symmetrisch, d. h. sie sorgt bei positiven und negativen Werten des Winkels V" für eine effektive Ansprechkeulen-Verschmälerung.

Fig. 5 zeigt eine abgewandelte, etwas vereinfachte Ausführungsform einer Signalverarbeitungsschaltung, mit der eindeutige Angaben über die Größe des Winkels V mit einer Antennengruppe

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gemäß Fig. 1 bis 3 erzielt werden können, obwohl die Schaltungsanordnung etwas einfacher ist. In Fig. 5 wurden Bauelemente , deren Funktion mit denen der Fig. 4 übereinstimmt, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 ist der 9O°-Hybrid-Rechner 17 mit den Antennenelementen 1 und 2 und mit den Detektoren 20 und 22 verbunden, wie es auch bei der Anordnung gemäß Fig. 4 der Fall war. Der 90°-Hybrid-Rechner 25, welcher den Antennenelementen 3 und 4 dient, ist jedoch so ausgebildet und angeschlossen, daß der Komparator 30 kein dem Signal C₂ entsprechendes Signal empfängt; vielmehr ist eine der Ausgangsleitungen des Hybrid-Rechners 25 mit einer Klemme 44 verbunden, welche so weitergeführt ist, daß das in dieser Leitung erscheinende Signal absorbiert wird, ohne irgendein Signal zum Hybrid-Rechner 25 zurückzuleiten. Die andere Ausgangsleitung des Hybrid-Rechners 25 ist mit einem Detektor 27 und einem in Reihe geschalteten logarithmischen Verstärker 29 verbunden, wie es gemäß Fig. 4 der Fall war. Auf diese Weise empfängt der Komparator 30 ein Signal S₂. Das Signal S₂ wird im Komparator 30 jetzt mit dem aus dem 90°-Hybrid-Rechner 17 empfangenen Signal Cj verglichen. Das am Komparator 30 erzeugte Differenzsignal L₂ ¹ hat eine Größe, die von dem Winkel V abhängt und ebenfalls eine Funktion des Konvergenzwinkels a

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zwischen den Antennenelementen 3 und 4 ist, obwohl die Signalgröße auch in gewissem Maße eine Funktion des Konvergenzwinkels b zwischen den Antennenelementen 3 und 4 ist. Das Differenzsignal Lp¹ wird dem Komparator 31 zugeführt und mit dem Differenzsignal L,, verglichen, welches von dem Komparator 24 kommt. Am Komparator 31 entsteht jetzt ein drittes Differenzsignal L-^'. Offensichtlich liegen die Differenzsignale L2¹ L^' etwas asymmetrisch zueinander. Dieser Mangel an Symmetrie kann jedoch kompensiert werden durch eine Regelung des Bezugswertsignals aus dem Generator 36, so daß dieses jetzt Werte hat, die sich in entsprechender Weise von den Werten unterscheiden, die in der Schaltung gemäß Fig. vorliegen. Diese Regelung erfolgt durch entsprechende Betätigung der Verstellvorrichtung 37· Die Werte von V aufgrund der vorherrschenden Werte von L>. und Lq ' werden dann im wesentlichen in gleicher Weise zur Schau gestellt, wie in der Vorrichtung gemäß Fig. 4.

Aus der vorstehenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen wurde ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Schaltung auf elektromagnetische Wellen, beispielsweise Radarimpulse, anspricht und eine eindeutige Richtungsangabe bezüglich der

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die Wellen aussendenden Quelle liefert, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Antennengruppe versehen ist, deren Antennenelemente eine feste Relation zueinander haben, und daß man durch Verbinden dieser Antennenelemente mit der erfindungsgemäßen Schaltung den Effekt einer selektiven Erapfindlichkeitskeulenverschmälerung erreichen kann.

Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß die Erfindung gegenüber dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel auch abgewandelt werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1.] Vorrichtung zum Bestimmen der Einfallsrichtung von elektromagnetischen Wellen, insbesondere von Radarimpulsen mit einer Gruppe von stabförmigen, logarithmisch-periodischen Endfire-Antennenelementen, welche eine Bezugsebene für eine Peil- oder Sichtlinie definieren und mit einer Signalverarbeitungsschaltung zusammenwirken, in der die an der Antennengruppe von einer fernliegenden Strahlungsquelle erzeugten Signale so verarbeitet werden, daß eine zugehörige Anzeige den Einfallswinkel zwischen der Sichtlinie und der Projektion einer Linie durch Antennengruppe und Strahlungsquelle auf die Bezugsebene angibt, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennengruppe zwei Paare (1,2;3,4) von

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ORiGiNAL INSPECTED

Antennenelementen (1 bis 4) enthält, die in symmetrischer Anordnung an gegenüberliegenden Seiten der Bezugsebene (5) nach vorn konvergieren, daß auch die zwei Antennenelemente (1,2;3,4) eines jeden Paares nach vorn konvergieren und symmetrisch bezüglich der Sichtlinie (6) angestellt sind, wobei die zwei Antennenelemente des einen Paares (1,2) unter einem geringeren Konvergenzwinkel (b) konvergieren als die zwei Antennenelemente des anderen Paares (3,4), daß in der Signalverarbeitungsschaltung ein erster Differenzsignalbildner (24) mit dem einen Antennenelementenpaar (1,2) verbunden ist, um in Abhängigkeit von der einfallenden Strahlung ein erstes Differenzsignal (L,.) zu erzeugen, dessen Größe eine Funktion des Einfallswinkels (V) und des Phasenmitten-Abstandes der Antennenelemente des einen Paares (1,2) ist, daß ein zweiter Differenzsignalbildner (30) mit dem anderen Antennenelementenpaar (3,4) verbunden ist, um in Abhängigkeit von der einfallenden Strahlung ein zweites Differenzsignal (L₂) zu erzeugen, dessen Größe eine Funktion des Einfallswinkels (V) und des Phasenmitten-Abstandes der Antennenelemente des anderen Paares (3»4) ist, daß ein dritter Differenzsignalbildner (31) mit den Ausgängen der ersten und zweiten Differenzsignalbildner (24,30) verbunden ist, um als Differenz der ersten und zweiten Differenzsignale (L^L₂) ein drittes Differenzsignal (L,)

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zu bilden, daß an jeden der drei Differenzsignalbildner (24,30,31) ein auf einen bestimmten Bezugswert eingestellter Komparator (33,34,35) angeschlossen ist, deren Ausgänge einer bestimmten ersten oder zweiten Signalart entsprechen ,je nachdem das jeweilige Differenzsignal (L,.,Lp,L^) größer oder kleiner als der Bezugswert ist, und daß eine auf die Ausgänge der Komparatoren (33,34,35)

Torkreisschaltung (39)
ansprechende/zwischen dem ersten Differenzsignalbildner

(24) und der Anzeige (41) angeordnet ist, die das erste Differenzsignal (L₁) zur Anzeige (41) durchläßt, wenn alle Komparatorausgänge gleichartig sind und demzufolge die Größe des ersten Differenzsignals (L₁) eine eindeutige Relation zum Einfallswinkel (V) hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzwinkel (a) zwischen den Antennenelementen (3,4) des zweiten Antennenelementenpaares geringer als das Doppelte des Konvergenzwinkels (b) zwischen den Antennenelementen (1,2) des ersten Antennenelementenpaares ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß das Konvergenzwinkel-Verhältnis etwa 1,5 : 1 beträgt.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitungsschaltung einen mit den Komparatoren (33,34,35) verbundenen, auf verschiedene Werte einstellbaren Bezugssignalgenerator (36) enthält, welcher den zuvor festgelegten Bezugswert definiert, und daß mit dem Bezugssignalgenerator (36), den Komparatoren (33,34,35) und mit dem zweiten Differenzsignalbildner (30) ein zweiter Torkreis (43) verbunden ist, der das zweite Differenzsignal (L₂) zur Anzeige (41) weiterleitet, wenn das Bezugssignal auf einen anderen zuvor festgelegten Wert eingestellt ist und der Absolutwert des zweiten Differenzsignals ( kleiner ist als der eingestellte Absolutwert des Bezugssignals.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Einfallsrichtung von elektromagnetischen Wellen, insbesondere von Radarimpulsen. Genauer gesagt, handelt es sich beim Erfindungsgegenstand um eine Gruppe von stabförmigen, logarithmisch-periodischen Endfire-Antennenelementen, welche eine Bezugsebene für eine Peil- oder Sichtlinie definieren und mit einer Signalverarbeitungsschaltung zusammenwirken, in der die an der Antennengruppe von einer fernliegenden Strahlungs-

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